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L'Ecole et Observatoire des Sciences de la Terre

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Niveau: Supérieur

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THÈSE Présentée à L'Ecole et Observatoire des Sciences de la Terre Pour obtenir Le grade de Docteur de l'Université Louis Pasteur – Strasbourg I Discipline : Sciences de la Terre et de l'Univers Spécialité : géophysique par Mustapha BOUIFLANE _______________ _______________ Soutenue le 10 juillet 2008 devant la commission d'examen : Rapporteur externe François LÉVÊQUE, Université de la Rochelle, La Rochelle, France Rapporteur externe Jean-Yves ROYER, Université Bretagne Occidentale, Brest, France Rapporteur interne Jean-Bernard EDEL, Université Louis Pasteur, Strasbourg, France Président Gianreto MANATSCHAL, Université Louis Pasteur, Strasbourg, France Examinateur Joseph ROUX, AREVA NC, Paris, France Directeur de thèse Marc MUNSCHY, Université Louis Pasteur, Strasbourg, France Institut de Physique du Globe de Strasbourg – équipe Rifts et Dorsales CARTOGRAPHIES AÉROMAGNÉTIQUE ET MAGNETIQUE MULTI-ÉCHELLES : ÉTUDE STRUCTURALE D'UNE RÉGION DU FOSSÉ RHÉNAN

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Publié le 01 juillet 2008
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Langue Français
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THÈSE

Présentée à


L’Ecole et Observatoire des Sciences de la Terre


Pour obtenir

Le grade de Docteur de l’Université Louis Pasteur – Strasbourg I
Discipline : Sciences de la Terre et de l’Univers
Spécialité : géophysique


par

Mustapha BOUIFLANE

_______________

CARTOGRAPHIES AÉROMAGNÉTIQUE
ET MAGNETIQUE MULTI-ÉCHELLES :

ÉTUDE STRUCTURALE D’UNE RÉGION
DU FOSSÉ RHÉNAN
_______________

Soutenue le 10 juillet 2008 devant la commission d’examen :

Rapporteur externe François LÉVÊQUE, Université de la Rochelle, La Rochelle, France Jean-Yves ROYER, Université Bretagne Occidentale, Brest, France
Rapporteur interne Jean-Bernard EDEL, Université Louis Pasteur, Strasbourg, France
Gianreto MANATSCHAL, Université Louis Pasteur, Strasbourg, France Président
Examinateur Joseph ROUX, AREVA NC, Paris, France
Directeur de thèse Marc MUNSCHY, Université Louis Pasteur, Strasbourg, France


Institut de Physique du Globe de Strasbourg – équipe Rifts et Dorsales















































Remerciements


Ce travail de thèse a été réalisé au sein du laboratoire Equipe Rifts et Dorsales, Institut de
Physique du Globe de Strasbourg (CNRS-ULP UMR 7516), Ecole et Observatoire des
Sciences de la Terre, Université Louis Pasteur, Strasbourg I.
Cette thèse n’aurait vu le jour sans la confiance, la patience et la générosité de mon directeur
de recherche, Monsieur Marc MUNSCHY, professeur à l’Université Louis Pasteur, que je veux
vivement remercier. La pleine confiance qu’il m’a accordée pour mener ce sujet de recherche,
m’a permis d’élaborer un plan de thèse personnel et propre à mes aspirations. Je voudrais aussi
le remercier pour le temps et la patience qu’il m’a accordée tout au long de ces années, d’avoir
cru en mes capacités et de m’avoir fourni d’excellentes conditions logistiques et financières. De
plus, les conseils qu’il m’a divulgué tout au long de la rédaction, ont toujours été clairs et
succincts, me facilitant grandement la tâche et me permettant d’aboutir à la production de cette
thèse.
Membres du jury, pour avoir consacré une partie de leur temps à la lecture de ce manuscrit,
toute ma gratitude à Jean Bernard Edel pour avoir accepté d’être rapporteur interne de mes
travaux, ainsi qu’a : François LÉVÊQUE Jean-Yves ROYER, Gianreto MANATSCHAL, et
Joseph ROUX qui m’ont fait l’honneur d’évaluer ce travail et de faire partie du jury de thèse.
Merci à tous.
Je tiens à exprimer toute ma gratitude à Daniel BOULANGER, ingénieur de recherche au
laboratoire Rifts et Dorsales, pour sa participation dans ce travail, sur le terrain et au sein du
laboratoire, mais aussi pour ses conseils.
Je remercie également, Jean-Marie Stoltz pilote de l’avion monomoteur (Maule MX7,
société Aviatect, Colmar) pour sa disponibilité, ses conseils pour améliorer le dispositif de vol
et ses efforts pour maintenir l’avion sur les profils pré-préparés, bravo Jean-marie.
Encore un grand merci à François LEDRAPPIER, la première personne que j’ai eu la chance
de rencontrer, grâce à lui j’ai appris la cartographie magnétique sur le terrain, je n’oublierai
jamais son encadrement, ses conseils et son soutien pendant les missions sur le terrain. Je le
remercie chaleureusement pour tout.


Je remercie également Daniel SAUTER, qui ma soutenu et encouragé tout le long de mon
séjour au sein du laboratoire. Je te remercie vivement pour tes gestes d’amitié et pour soutien
moral.
Je voudrais aussi remercier toutes les autres personnes avec qui j’ai eu le plaisir de travailler,
en particulier, Patrice ULRICH, Jean-Jacques SCHOTT, Mohamed BAALA et Simon
FLEURY.
Je remercie Marc SCHAMING qui m’a fourni l’ensemble des coupes sismique réflexion.
Une place particulière dans mes remerciements à Gwen PERON PINVIDIC, Juan PI
ALPERIN, MAINEULT Alexis, Mehdi ER-RACHIQ, Marie-Odile BOULANGER et
Véronique MANDEL, pour leur soutient amical.
Je tiens à exprimer toutes mes amitiés aux autres membres du laboratoire avec qui j’ai passé
de bons moments.
Un énorme merci aux bibliothécaires, aptes à dénicher n’importe quelle référence, en toute
gentillesse et sympathie.
Je vous remercie, ma maman et mon papa, pour vos prières, votre soutien moral et matériel,
votre patience, vos encouragements et votre amour parental. A mes deux sœurs et à mon petit
frère pour vos encouragements. Vos preuves d’amour ou de sympathie ont toujours été pour
moi un soutien essentiel. Au delà des mots, Merci. Je vous aime.
Je voudrais remercier mon épouse Amal : merci pour ton soutien. Merci pour, ta gentillesse,
tes encouragements et ta disponibilité dans tant de moments de bonheur et de malheurs.




Sommaire




Table des matières 

INTRODUCTION ……………….. ............................................................................................................ 11

CHAPITRE 1 PRINCIPE ET MISE EN ŒUVRE DE LA MESURE MAGNETIQUE
FLUXGATE .............................................................................................................. 17
1.1 Les appareils de mesure magnétique .............................................................................................. 17
1.2 La mesure magnétique fluxgate ..................................................................................................... 19
1.3 Performances d’un capteur fluxgate ....... 22
1.4 Défauts liés à un magnétomètre fluxgate et corrections ................................................................. 25
1.4.1 Etalonnage du magnétomètre fluxgate .................................................................................. 25
1.4.1.1 Principe ........................................................................................................................... 25
1.4.1.2 Exemple d’étalonnage ..................................................................................................... 31
1.4.1.3 Evaluation du bruit du capteur fluxgate .......................................................................... 32
1.4.2 Compensation des aimantations liées au capteur ................................................................... 33


CHAPITRE 2 SYSTEMES DE MESURE, ACQUISITION ET TRAITEMENT ............................ 39
2.1 La cartographie magnétique au sol ................................................................................................. 39
2.1.1 Etalonnage au sol ................................................................................................................... 41
2.1.2 Cartographie .......................................................................................................................... 41
2.2 Mesure aéroportée avec l’avion télécommandé ............................................................................. 46
2.2.1 Acquisition............................................................................................................................. 46
2.2.2 Carte d’anomalie .................................................................................................................... 47
2.3 Mesure aéroportée avec l’avion monomoteur piloté ...................................................................... 48
2.3.1 ......... 48
2.3.2 Etalonnage ............................................................................................................................. 50
2.3.3 Traitement des données de la cartographie aéromagnétique ................................................. 54
2.4 Synthèse concernant la qualité des données ................................................................................... 65
2.4.1 Précision et bruit des données magnétiques .......................................................................... 66
2.4.2 Comparaison du levé aéromagnétique avec un levé industriel .............................................. 68


CHAPITRE 3 METHODES D’INTERPRETATION DES CARTES MAGNETIQUES ................ 73
3.1 Le champ magnétique principal ..................................................................................................... 74
3.2 Variation temporelle du champ magnétique................................................................................... 75
3.3 Aimantation, anomalie et potentiel magnétique ............................................................................. 76
3.3.1 Aimantation ........................................................................................................................... 76
3.3.2 L’anomalie magnétique ......................................................................................................... 77
3.3.3 Anomalie et potentiel magnétiques ....................................................................................... 79
3.4 Méthodes d’interprétation et opérateurs de transformation ............................................................ 79
3.4.1 L’opérateur de dérivation ...................................................................................................... 80
3.4.2 L’opérateur de prolongement ................................................................................................ 81
3.4.3 L’opérateur de réduction au pôle ........................................................................................... 82
3.4.4 Le signal analytique ............................................................................................................... 83
3.4.4.1 Définition de la fonction analytique à une dimension ..................................................... 84
3.4.5 Le signal monogénique .......................................................................................................... 90
3.4.6 La couche équivalente .. 92 3.4.6.1 Définition et principe ...................................................................................................... 92
3.4.6.2 Utilisation de l’équivalence pour des profils magnétiques ............................................. 92
3.4.6.2.1 Théorie ..................................................................................................................... 92
3.4.6.2.2 Expression de l’anomalie magnétique ..................................................................... 94
3.4.6.2.3 Application à un cas synthétique ............................................................................. 95
3.4.7 La transformation tilt-angle ................................................................................................... 98
3.5 Conclusion .................................................................................................................................... 102


CHAPITRE 4 CONTEXTE GEOLOGIQUE DU FOSSE RHENAN ET CONTRIBUTION DE
LA SISMIQUE REFLEXION ................................................................................. 105
4.1 Le contexte géologique du fossé Rhénan ..................................................................................... 106
4.1.1 La sédimentation .................................................................................................................. 107
4.1.1.1 Entre L’Eocène et début de l’Oligocène ....................................................................... 107
4.1.1.2 De l’Oligocène supérieur au Miocène ........................................................................... 107
4.1.2 La tectonique ....................................................................................................................... 108
4.1.3 Le volcanisme ..... 111
4.2 Cadre géographique, géologique et géophysique de la région d’étude ........................................ 113
4.2.1 Cadre géographique et géologique ...................................................................................... 113
4.2.2 Cadre géophysique .............................................................................................................. 117
4.2.2.1 Les levés magnétiques et aéromagnétiques antécédents réalisés dans le fossé Rhénan 117
4.2.2.2 Carte gravimétrique ....................................................................................................... 119
4.2.2.3 Contribution de la sismique réflexion 121
4.3 Éléments géologiques ciblées dans l’interprétation magnétique .................................................. 128
4.3.1 Diapir ................................................................................................................................... 128
4.3.2 Les failles ............................................................................................................................. 128
4.3.3 Le volcanisme ...................................................................................................................... 128
4.3.4 Variation dans le socle ......................................................................................................... 128


CHAPITRE 5 INTERPRETATIONS DES DONNEES MAGNETIQUES ................................... 133
5.1 Description des anomalies magnétiques ....................................................................................... 133
5.1.1 Cartes d’anomalie magnétique ............................................................................................ 133
5.2 Description des cartes magnétiques transformées ........................................................................ 139
5.2.1 Carte de dérivation ............................................................................................................... 139
5.2.2 Cartes transformées par intégration ..................................................................................... 140
5.2.3 Cartes de prolongement vers le haut .................................................................................... 142
5.2.4 ent vers le bas 143
5.2.5 Carte de réduction au pôle ................................................................................................... 144
5.2.6 Carte du signal analytique 146
5.2.7 Carte du signal monogénique .............................................................................................. 148
5.2.8 Carte transformée de Tilt-angle ........................................................................................... 150
5.3 Comparaison de la carte d’anomalie magnétique et de la gravimétrie ......................................... 151
5.4 Interprétation structurale par l’utilisation conjointe du magnétisme, de la gravimétrie et de la
sismique réflexion ................................................................................................................................. 154
5.4.1 Failles .................................................................................................................................. 155
5.4.2 Diapir ................................................................................................................................... 156
5.4.3 Volcanisme .......................................................................................................................... 157
5.4.4 Variation dans le socle ......................................................................................................... 158
5.5 Modélisations ............................................................................................................................... 160
5.5.1 Modélisation 2D à par la méthode de Talwani .................................................................... 160
5.5.1.1 Localisation des profils choisis pour la modélisation ................................................... 161
5.5.1.2 Profil P30 ...................................................................................................................... 162
5.5.1.3 Profil P22 .......... 163

5.5.1.4 Profil P89 ...................................................................................................................... 164
5.5.1.5 Profil P79STS4 ............................................................................................................. 164
5.5.2 Modélisation par la couche équivalente .............................................................................. 166
5.5.2.1 Couche équivalente du profil P22 ................................................................................. 166
5.5.2.2 il P89 168
5.6 Aspects multi-échelle de la cartographie magnétique .................................................................. 170
5.6.1 Cartographie avec le drone à 50 m d’altitude ...................................................................... 170
5.6.2 Cartographie sol ................................................................................................................... 172
5.6.3 Estimation de la profondeur par l’opérateur « Tilt-angle » ................................................. 175
5.7 Cartographies magnétiques détaillées au sol ................................................................................ 178
5.7.1 Zone de Baltzenheim ........................................................................................................... 178
5.7.2 Zone de Mussig ................................................................................................................... 182


CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES .................................................................................................... 187

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ................................................................................................. 193